单管法离体心脏灌流实验教学改进
发布时间：2019-09-12
摘 要: 单管法离体心脏灌流是医学院校的机能实验学课程中的常规实验项目，是研究心脏功能的重要手段之一，在教学和科研中应用广泛。现有相关教材中对单管法的操作方式描述不一，甚至有较大差别; 传统的单管法蛙心灌流实验装置本身结构缺陷使实验结果易受一些应避免的非处理因素的影响。为了优化单管法离体心脏灌流实验操作和实验装置，以提高学生操作技能和科研意识，收集整理了近年出版的教材中描述单管法离体心脏灌流实验相关资料。通过比较分析各教材中描述的单管法操作的长处和不足，提出了对操作方法和实验装置的改进措施。
关键词: 单管法; 心脏灌流; 实验教学; 操作方法; 实验装置
0 引 言
两栖类离体心脏单管法灌流能够直观地观察整体心脏收缩，具有简单、易行，心脏活动不受神经体液调节等优点[1]，适于研究各种体液因素变化对心脏收缩活动的影响。由于单管法适宜室温下操作，不需供氧和特殊设备，在机能实验学的基本操作实验、验证性实验、设计性实验和创新性实验中应用广泛。该项目适合培养学生的实践能力、创新意识和科学研究素质的实验教学目的[2]，国内几乎所有医学院校的机能学课程中将其设为常规实验项目。2013 年起在由吉林省教育厅主办的省内大学生生物学实验技能竞赛中，一直将该操作项目指定为竞赛项目之一。自机能实验学作为一门整合实验教学课程以来，国内公开出版了很多教材。各教材描述的蛙心插管操作内容各有特点，一些甚至差异很大。如果对各种操作手法无正确的认识，在教和学的过程中易出现一些困惑或盲从。传统蛙心管因本身的结构特点，用吸管抽液或加液时，易因接触管壁或触碰张力换能器和心尖的手术线等，或因而影响张力检测的准确性，或高浓度药物黏附到蛙心管内的液面上方管壁上，导致对整个实验结果产生不必要的影响。目前很多院校对实验教学中不利于创新型人才培养目标的传统实验技术和设备装置进行改良，以利于培养学生的创新能力、综合能力，提高学生科研素质[3-6]。为了提升教师和学生对该实验操作的正确认识，优化操作技能，并使该操作能够更加科学合理地应用于科研，本文对近几年出版的教材中单管法操作资料进行了整理分析，并对操作方法和实验装置进行了改进。
1 国内教材中单管法离体心脏灌流实验现状
查阅我校图书馆的 2003 ～ 2014 年公开出版的机能实验 方 法 学[7]、实 验 生 理 科 学[8]、医 学 机 能 实 验学[9]、人体机能学实验[10]等 20 部有关机能实验学课程教学的馆藏教材( 科学出版社 12 部、人民卫生出版社 2 部、高等教育出版社 1 部、浙江大学出版社 1 部、北京大学医学出版社 1 部、上海科学技术出版社 1 部、人民军医出版社 1 部和中国医药科技出版社 1 部) 后发现，每部教材中均有单管法蛙心灌流实验项目。各教材对其操作方法的描述有所不同，各有特点。
通过整理比较发现，单管法离体心脏灌流标本制备方法按不同的操作顺序大体上可分为 2 种类型( 见表 1) ，即先进行动脉插管( 方法 1) 和先结扎静脉窦远心端( 方法 2) 。方法 1 因循环血液回流到心脏，插管过程中稍有不慎易出现凝血导致插管口堵塞; 方法 2 在插管之前阻断了回心血液，可减少凝血堵塞插管口。但方法 2 中为了结扎静脉窦远心端，通常在插管前用蛙心夹夹住心尖并翻向头端。心尖受外力牵拉易成为导致心肌损伤的因素之一。教材中采用方法 1 的较方法 2 更多些( 1. 5∶ 1) ，可能与后者较前者繁琐，标本制作时间较长等有关。
所有教材均在剪去胸骨后剪开心包膜，以暴露心脏。其实，在提起剑胸骨剪开胸肌后，因和胸膜相连的心包膜被提起，可以清楚地看到其内部包裹的心脏。这时剪开心包膜较剪去胸骨后再夹持、提起和剪开心包膜更为方便和节省时间。
近半数教材在插管前结扎右主动脉，尤其在方法 2 中。在方法 1 中结扎右主动脉，使心脏血液都从左主动脉流出。剪开左主动脉时，因血管内压力增高易引起血液瞬间喷出四溅，影响操作; 方法 2 中结扎右主动脉只会增加标本制作时间，对标本性能无影响。因此，没有必要必须结扎右主动脉。
采用方法 1 的 1 /3 教材和采用方法 2 的 1 /2 教材中认为在插管前用蛙心夹夹心尖。其目的是: ①为了在蛙心管插到动脉圆锥根部后，牵拉其连线以调整心室半月瓣口与动脉圆锥中轴相对，便于插管; ②在方法 2 中为了结扎静脉窦远心端。但钳夹和牵拉心尖易导致心肌受损，且实际作用不大[11]。
多数教材动脉插管开口选择了近左主动脉根部，也有少数认为左或右主动脉均可。因蟾蜍是野生动物，一般实验教学中供应的蟾蜍个体差异较大，一些蟾蜍体重很小。蟾蜍的左主动脉的管径较右主动脉更粗，实验动物较小时( 身体质量 < 40 g) ，选择左主动脉更易于插管。
结扎蛙心管时，采用方法 1 的教材中多选择结扎主动脉干，只有 1 /6 的教材结扎左主动脉; 方法 2 中 1 /4 教材结扎主动脉干，3 /4 结扎左主动脉。结扎在左主动脉使动脉切口和心室间的距离变大，如果蛙心管尖端较短时，不易插入心室内，或即使插入也容易脱出; 而且，这种方法不得不结扎右主动脉，额外增加不必要的操作。因此，结扎在主动脉干上应该是更好的选择。
蛙心管插入主动脉时，半数教材采用在左主动脉上打结后牵拉结扎线，以固定动脉切口; 方法 1 的 1 部教材用眼科镊夹持左主动脉壁，3 部教材用眼科镊夹持主动脉切口缘的方式固定切口。家兔的颈动脉或股动脉因为弹性较好抗牵拉，其动脉插管采用牵拉结扎线固定切口的方式效果较好。蟾蜍的主动脉弹性相对较差，尤其是身体质量 40 g 以下的小蟾蜍的主动脉管径较小，如果采用牵拉结扎线或用眼科镊夹持主动脉壁，会使动脉管径变得更细，不利于插管。这也是插管操作易失败的原因之一。采用眼科镊夹主动脉切口缘能固定并扩大切口，即使相对较细的动脉也较易插入。
柱状动脉圆锥从心室底部起始后斜向左前方延伸连接主动脉干。因此，心室半月瓣口的方向和动脉圆锥的纵轴成一定角度。蛙心管插到动脉圆锥根部时，其尖端恰好处于动脉圆锥右侧内壁和半月瓣根部之间。如果要将其插入心室，必须调整动脉圆锥或心室位置使两者纵轴成一直线，才能将尖端经半月瓣插入心室腔。这一操作是单管法操作的关键。但只有半数方法 1 教材中对此进行了解释。其中 3 部教材采取调整心室方位，4 部教材采用调整动脉圆锥纵轴方向。前者牵拉蛙心夹连线使动脉切口和心室瓣膜间距离拉长、动脉变细，在插管尖端较短或动脉管径较细时不宜采用。后者用眼科镊夹持冠状沟( 房室沟) 或动脉圆锥侧壁可免去蛙心夹夹心尖导致心室受损的可能性，但如操作不当，也易导致夹持处受损。房室沟是分隔左右心房和心室的外壁上窄沟。心房壁较薄，易被夹漏; 而动脉圆锥壁较厚，相对耐受夹持。因此，夹动脉圆锥根部更利于保持标本性能。
所有教材中强调了在插管前和标本制作后在蛙心管内加入和更换任氏液，但只有方法 1 中的 1 部教材提及插入心室后更换插管内任氏液，3 部教材提及蛙心管结扎后更换液体。单管法中( 尤其是方法 1) 插管插入心室腔后，心室内的血液迅速涌入插管内，插管尖端较细，易发生凝血。一旦出现凝血，在标本制作完成后即使反复向心室内冲入任氏液也不易将血凝块冲出，反而因冲洗压力过猛，易导致心脏漏液，影响标本性能。一些文献建议在任氏液中加入适量肝素[12-13]，但尚未确定肝素是否对心脏功能有影响。其实，在插管插入心室后的操作中及时吸出插管内的混血任氏液，更换新鲜任氏液，稀释插管内血液中的凝血因子，也可达到良好的抗凝目的[14]。
静脉窦为 3 个腔静脉血液回流到右心房前汇聚而成的三角形小腔室。静脉窦和右心房之间的窦房瓣能够防止右心房血液逆流入静脉窦。半数方法 1 教材中不结扎静脉窦远心端。虽然多数标本在插管后的一段时间内窦房瓣性能良好，不出现心房内的液体明显逆流，但为保险起见，最好结扎静脉窦远心端。
在结扎线使用数量上，方法 1 所用的结扎线数为 2 ～ 3 条，方法 2 为 2 ～ 4 条。经以上分析可见，如果不用结扎静脉窦远心端，用 1 条结扎线即可。
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2 单管法的改进
2. 1 离体心脏灌流标本制作的改进
取 1 只蟾蜍，用探针常规毁脑毁髓后，仰卧位用蛙钉固定在蛙板上[见图 1( a) ]。在以下标本制作过程中均保持蟾蜍后肢面向操作者。用左手持眼科镊夹起腹部皮肤，右手用外科剪或粗剪刀将皮肤向两侧呈 “V”字形剪开至下颌角，并翻向头侧[见图 1( b) ]。眼科镊提起剑胸骨，用剪刀在腹肌上剪一小口后，沿着皮肤切口剪开胸腹肌[见图 1( c) ]。眼科镊夹住上提腹肌，辨别心包膜后，用眼科剪剪开，暴露心脏[见图 1 ( d) ]。用粗剪刀剪去胸骨和锁骨及其肌肉组织[见图 1( e) ]。在左右主动脉下方插入玻璃分针，将主动脉与其他组织分开。左手眼科镊夹住并提起左右主动脉之间包膜，用右手眼科剪将其剪开[见图 1( f) ]。用 2 个眼科 镊 将 开 口 撑 开，钝性分离左主动脉[见 图 1 ( g) ]。在左右主动脉下穿 1 线[见图 1( h) ]，左手用一眼科镊夹持左主动脉根部近动脉圆锥处，右手用倒剪法在左主动脉夹持点的远心端剪一“V”形小口( 1 /3 ～ 1 /2 管径) [见图 1( i) ]。左手眼科镊夹住切口缘，右手将盛有少量任氏液的蛙心管从切口插入左主动脉 ( 见图 1j 虚线) 。左手眼科镊轻夹左主动脉和插管，右手将蛙心管向下推送至其尖端到达动脉圆锥根部( 见图 1( j) 实线) 。左手眼科镊轻夹少许动脉圆锥左侧壁近根部，使蛙心管尖端被轻推内移至半月瓣口( 见图 1 ( k) 虚线) ; 右手推送蛙心管，使其尖端在心室收缩期半月瓣开放时插入心室( 见图 1( k) 实线) 。调节插管深度，至出现明显的液面波动。及时更换管内混血任氏液。用胶泥将蛙心管固定于蛙板上，用预留线结扎蛙心管下端，并在侧钩上固定[见图 1( l) ]。提起蛙心管，更换管内任氏液。剪断左右主动脉[见图 1( m) ]。再次用胶泥将蛙心管固定于蛙板上，在蛙心管下方穿 1 线。抬高心脏，辨别静脉窦位置。在静脉窦的远心端结扎与心房相连的所有血管和组织[见图 1( n) ]。在结扎点远心端剪断，游离心脏[见图 1 ( o) ]。用任 氏液反复换洗，至蛙心管内的液体无色。
